发光模块以及照明装置的制作方法

本实用新型的各实施方式涉及照明领域，更具体地涉及一种发光模块以及照明装置。

背景技术：

由发光二极管(LED)构成的光源或照明设备越来越多地被用于替代诸如白炽灯和荧光光源之类的常规光源。LED与常规光源相比提供了许多优势，特别是涉及到光转换效率时。然而，一种缺陷在于，LED在相对窄的光谱带中生成光。

在诸如零售应用和环境的许多应用中，某些光源可以实现色彩还原(color rendition)，例如，CDM-Elite之类的光源具有高质量的照明和突出的白色还原。术语“白色还原”是指被光源所照射的白色物体的所期望的有所改进的白色外观。当基于LED的光源被用来替代传统照明系统时，它们尤其需要生成被感知为白色的光。

色彩再现通常使用以Ra计算的显色指数(CRI)进行测量。CRI有时也被称作色彩还原指数。CRI是光源与理想或自然光源相比忠实再现各种物体的颜色的能力的量化度量。日光具有高CRI，其中Ra大约为100。白炽灯泡相对接近具有大于95的Ra，而荧光灯则较不准确，其具有通常为70-90的Ra。

技术实现要素：

为了在基于LED的照明应用中实现所期望的“白色”光，期望具有高CRI的光源。对于LED照明系统而言，可轻易获得大约80-90的色彩呈现的暖白色或中性白色的LED。虽然这些光源的色彩还原良好，但是在这些光源下观看的白色物体与标准的常规替代品相比看上去稍显不那么白。在一些应用中，这对于这些LED模块而言可能是一种缺陷，特别是对于所提到的零售应用，那里优选经常称作“纯白(crisp white)”的突出白色还原的灯具。已经提出了涉及LED光源的白色光照明的许多尝试。例如，提出了一种白色发光模块，其显示了可以通过使用两个蓝色发射峰值以及至少一个波长转换材料来实现良好的纯白效果。然而，这种方法实现该纯白效果的光学效率相对较低。

本公开的目的之一即在于克服或者缓解现有技术中存在的技术问题，以同时兼顾光学效率和纯白的技术效果。

为此，本公开的第一方面，提供了一种发光模块。这种发光模块产生具有发射峰值处于从380nm到440nm的波长范围内的白色光输出并且包括：第一发光元件，其被配置为发射具有发射峰值处于从440nm到460nm的第一波长范围内的光；至少一个第一波长转换材料，其被布置为接收所述第一发光元件所发射的光，并且能够发射具有发射峰值处于绿色至红色波长范围内的光；以及第二发光元件，其被配置为发射具有发射峰值处于从380nm到440nm的第二波长范围内的光。所述第一发光元件和所述第二发光元件的尺寸彼此相同，并且所述第一发光元件和所述第二发光元件的数量比率处于12:1到10:1的范围内。

根据本公开的第二方面，提供了一种发光模块。该发光模块产生具有发射峰值处于从380nm到440nm的波长范围内的白色光输出并且包括第一发光元件，其被配置为发射具有发射峰值处于从440nm到460nm的第一波长范围内的光；至少一个第一波长转换材料，其被布置为接收所述第一发光元件所发射的光，并且能够发射具有发射峰值处于绿色至红色波长范围内的光；以及第二发光元件，其被配置为发射具有发射峰值处于从380nm到440nm的第二波长范围内的光。所述第一发光元件和所述第二发光元件具有不同尺寸，并且所述第一发光元件和所述第二发光元件的总发光面积的比率处于从12:1到10:1的范围内。

通过控制所述第一发光元件和所述第二发光元件的数量比率或者总发光面积的比率处于从12:1到10:1的范围内，能够控制深蓝色光(即380-430nm)与该发光模块所发射的总体光谱的强度比率A＇，从而使得可以较好地兼顾纯白的技术效果和光学效率。

在某些实施例中，所述第一发光元件为被配置为发射具有峰值波长处于从440nm到460nm的第一波长范围内的光的蓝色LED发光芯片；所述第二发光元件为被配置为发射峰值处于从380nm到440nm的第二波长范围内的光的深蓝色LED发光芯片。

在某些实施例中，第一波长转换材料被布置在第一发光元件的上方。该第一波长转换材料可以包括多个第一波长转换材料，以及该第一发光元件可以包括与所述多个第一波长转换材料对应的多个第一发光元件。

例如，该第一波长转换材料可以主要地且直接布置在每个第一发光元件的顶部上，使得第一发光元件可以连同波长转换材料一起封装。

在某些实施例中，所述第一波长转换材料可以被布置在所述第一发光元件和所述第二发光元件二者的上方，其中所述第二发光元件所发射的预定比例的光能够穿过所述第一波长转换材料而不被所述第一波长转换材料所转换。在各实施例中，该预定比例的光通常为所述第二发光元件所发射的大部分的光，例如超过50％、60％、70％、80％、90％的光。该第一波长转换材料由此可以由单一或复数个波长转换材料层构成，而该波长转换材料层可以同时覆盖第一发光元件和第二发光元件，这简化了波长转换材料在发光模块中的布置，同时不会对第二发光元件所发射的光产生影响。

在某些实施例中，还包括第二波长转换材料，所述第一波长转换材料可以被布置在所述第一发光元件的上方，所述第二波长转换材料被布置在所述第二发光元件的上方，但不转换所述第二发光元件所发射的预定比例的光。

例如，该第二波长转换材料可以对第二发光元件所述发出的少部分光进行波长转换，这使得经过第二波长转换材料的第二发光元件的总发光仍然被感知为白光，而同时保留相当数量的光未被所述第二波长转换材料所转换。

在某些实施例中，所述第一发光元件和所述第二发光元件彼此独立封装，然后被组装到所述发光模块中。或者，所述第一发光元件和所述第二发光元件被组装在一起，然后共同封装在所述发光模块中。

上述第一发光元件和第二发光元件的不同封装方式，提供了这二者组装到发光模块中的灵活性。

根据本公开的第三方面，提供了一种照明装置，其包括至少一个根据第一方面和第二方面中任一实施例所述的发光模块。该照明装置可以应用于诸如零售应用、聚光应用等的应用中，从而提供纯白的光学效果。

附图说明

在附图中，相似/相同的附图标记通常贯穿不同视图而指代相似/相同的部分。附图并不必按比例绘制，而是通常强调对本实用新型的原理的图示。在附图中：

图1a和图1b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第一相对布置的发光模块的示意性侧视图；

图2a和图2b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第二相对布置的发光模块的示意性侧视图；

图3a和图3b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第三相对布置的发光模块的示意性侧视图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的可以结合上述第一、第二和第三相对布置以实现所需强度比率的发光模块的俯视图；以及

图5示出了根据本公开的另一个实施例的可以结合上述第一、第二和第三相对布置以实现所需强度比率的发光模块的俯视图。

具体实施方式

现在将参照附图对本公开进行更为全面地描述，附图中示出了本公开当前优选的实施例。然而，本公开可以以许多不同形式来体现而并不应当被理解为局限于这里所给出的实施例；相反，提供这些实施例是为了全面性和完整性，并且向本领域技术人员完全传递本公开的范围。

如前所述，本公开的目的之一在于兼顾纯白的技术效果和光学效率。发明人已经发现，通过使用包括两个发射蓝色峰值的发光元件以及至少一个波长转换材料的发光模块可以实现良好的纯白效果，其中该发光模块照射物体所获得的“纯白”效果取决于“深蓝色光”(即380-430nm)与该发光模块所发射的总体光谱的强度比率A＇，该比率A＇可以由以下公式定义：

$\frac{{\∫}_{380}^{430}E\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}(430-\mathrm{\λ})}{{\∫}_{380}^{780}E\left(\mathrm{\λ}\right)d\mathrm{\λ}}=A^{\′}$

当强度比率A＇的取值范围为0.4≤A＇≤3时，该发光模块可以获得良好的纯白效果。发明人进一步发现：通过控制强度比率A＇的取值范围为0.4≤A＇≤1，甚至为0.4≤A＇≤0.6，可以较好地兼顾纯白的技术效果和光学效率，以及通过控制两个发射蓝色峰值的发光元件的数量和/或发光面积可以实现上述强度比率A＇。

下面的图1至图5详细描述了可以实现上述纯白的技术效果以及兼顾光学效率的可能实施方式。本领域技术人员将理解，这些实施方式仅仅在于示出本公开的可以对强度比率A＇进行控制或选择的可能发光模块结构，其并不以任何方式对本公开的范围进行限制。

图1a和图1b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第一相对布置的发光模块100的示意性侧视图。如本领域技术人员所意识到的，该发光模块100可以配备有诸如用于驱动发光模块的驱动电路等部件。发光模块100包括布置在基板103上的第一发光元件101和第二发光元件102。这里，诸如第一发光二极管(LED)芯片的第一发光元件101被配置为在从440nm到460nm的蓝色波长范围中进行发光，其中被称作磷光体的第一波长转换材料104作为一个或复数个层被主要布置在第一发光元件101的上方。图1a和图1b的不同之处在于波长转换材料104相对于第一发光元件101的配置方式。如图1a所示，第一波长转换材料104作为层被直接布置在第一发光元件101的顶部上；而如图1b所示，第一波长转换材料104作为层不仅被布置为在第一发光元件101的顶部上，还被布置在第一发光元件101的侧面上，这使得波长转换材料相对于发光元件的布置更为简单，且增加了波长转换材料对发光元件的波长转换率。不管是图1a还是图1b，称作磷光体的第一波长转换材料104直接接触第一发光元件101。在某些实施例中，发光模块100可以被至少一个反射壁所包围，从而可选地形成光混合室。

第一波长转换材料104被配置为将第一发光元件101所发射的蓝色光的一部分转换为绿色到红色的光谱范围中的更长波长的光，使得所产生的蓝色光(440-460nm)与绿色到红色光的组合可以被感知为白光。因此，第一波长转换材料104可以是黄色、绿色或红色磷光体。与第一波长转换材料104相结合的第一发光元件101可以被称作磷光体转换芯片，此时第一发光元件可以连同第一波长转换材料一起封装。

诸如第二LED芯片的第二发光元件102被配置为发射从380nm到440nm的波长范围中的短波长蓝色光(或者称为“深蓝色波长光”)。例如，在一些实施例中，第二发光元件102可被配置为在从400到435nm的波长范围中发射光。特别地，在该实施例中，第二LED芯片102的上方没有布置任何波长转换材料，并且可以被称作直接发光芯片。

在工作期间，从第一发光元件101所发射的光的一部分被波长转换材料104转换以产生具有常规光谱分布的光。然而，第二发光元件102所发射的光将不会被任何波长转换材料所转换，并且因此将以从380到440nm的波长范围中的发射峰值的形式为来自该发光模块的总光输出提供光谱贡献。因此，发光模块100产生白色输出光，其具有从第二LED芯片102所发射的从380nm到440nm的波长范围中的额外发射峰值。

基板103可以是任意适当的物理和/或功能性的支撑结构，其可以包括印刷电路板(PCB)。基板103可以承载用于发光元件101、102所需的电连接器件。在一些实施例中，基板103的部分可以是反射的。

本公开中所使用的第一波长转换材料104可以是在绿色至红色波长范围内发光的无机磷光体。适当波长转换材料的示例包括但并不局限于铈(Ce)掺杂石榴石、诸如Ce掺杂YAG(Y₃Al₅O₁₂)，其也表示为YAG:Ce；或者Ce掺杂LuAG(Lu₃Al₅O₁₂)，其也表示为LuAG:Ce。YAG:Ce发射淡黄光，而LuAG:Ce发射淡黄绿色光。可替换地，可以使用其中一些钇被镓(Ga)所替代(并且因此发射淡黄绿色光)的YAG:Ce材料。

YAG:Ce的最大吸收值通常大约为455nm。LuAG:Ce的最大吸收值通常大约为445nm。在本公开中使用YAG:Ce，可以实现80的CRI。然而，使用LuAG:Ce，可以实现高达90的更高CRI。

发射红色光的无机磷光体材料的示例可以包括但并不局限于ECAS(ECAS，它是Ca_1-xAlSiN₃:Eu_x，其中0<x≤1；优选地0<x≤0.2)和BSSN(BSSNE，它是Ba_2-x-zM_xSi_5-yAl_yN_8-yO_y:Eu_z，其中M表示Sr或Ca，0≤x≤1并且优选地0≤x≤0.2,0≤y≤4，且0.0005≤z≤0.05).

在本公开的一些实施例中，可以使用至少两种波长转换材料。通常，在这样的实施例中，一种波长转换材料在绿色至黄色光谱范围内发光而一种波长转换材料则在红色光谱范围内发光。

图2a和图2b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第二相对布置的发光模块的示意性侧视图。

在图2a和图2b所示的实施例中，发光模块200包括诸如为第一LED芯片的第一发光元件201以及这里诸如为第二LED芯片的第二发光元件202。第一发光元件201被配置为发射波长范围从440nm到460nm的蓝色光。第二发光芯片202被配置为发射波长范围从380到460nm的光。

与以上参考图1所描述的第一相对布置不同，至少一个第一波长转换部件204不仅覆盖第一发光元件201，还覆盖第二发光元件202。

图2a示出了至少一个第一波长转换部件204相对于第一发光元件201和第二发光元件202的远程配置，即将包括波长转换材料的第一波长转换部件204远离第一发光元件201和第二发光元件202进行布置，以接收两个发光元件201、202所发射的光。由此，第一发光元件201和第二发光元件202均不是磷光体转换芯片，即并不具有直接布置在芯片顶部的波长转换材料。第一波长转换部件204可以被称作“远程磷光体”或处于“远程配置”。

尽管图2a示出第一波长转换部件204相对于第一发光元件201和第二发光元件202的远程配置，但第一波长转换部件204可以是自行支撑的，并且可被实现为以膜、片、板等各种适当的形式。虽然在图2中没有示出，但是波长转换部件可以被包围作为光源的发光元件201、202的一个或多个侧壁所支撑从而该波长转换部件形成盖子或窗口。

根据本公开的实施例，第一波长转换部件204中所包含的波长转换材料可被配置为将蓝色光转换为典型地绿色至红色的光谱范围的更长波长的光，使得所产生的蓝色光(440-460nm)与绿色到红色光的组合被感知为白色。因此，第一发光元件201所发射的光被波长转换部件204所接收并且被部分转换，而被第一波长转换部件204接收的第二发光元件202所发射的预定比例的光(通常为大部分的光，例如超过50％、60％、70％、80％或90％等的光)则基本上并不转换而是被透射，此时波长部件可以由单一或复数个波长转换材料层构成，而该波长转换材料层可以同时覆盖第一发光元件201和第二发光元件202，这简化了波长转换材料在发光模块中的布置，同时不会对第二发光元202件所发射的光产生影响。发光模块200因此产生白色输出光，其具有从第二发光元件202所产生的从400到440nm的波长范围中的额外发射峰值。

在一些实施例中，波长转换部件204可以包括具有高于450nm、例如大约455nm的最大吸收值的波长转换材料。这样的材料的一个示例是YAG:Ce。在这样的实施例中，第二发光元件202可以具有440nm或其附近的发射峰值，这由于波长转换材料的较高吸收波长而仍然可能避免对由第二发光元件202所发射的光、特别是具有低于435nm波长的光进行过多转换。

在另外一些实施例中，第一波长转换部件204可以包括具有低于450nm、例如在445nm或其附近的最大吸收值的波长转换材料。这样的材料的一个示例是LuAG:Ce。

图2b类似于图2a，其不同之处仅在于第一波长转换部件204直接覆盖在第一发光元件201和第二发光元件202之上而不是布置在远程位置。由此，第一发光元件201和第二发光元件202均构成磷光体转换芯片。如图2b所示，第一波长转换部件204不仅仅直接覆盖第一发光元件201和第二发光元件202的顶部，还覆盖第一发光元件201和第二发光元件202的侧面，由此图2b可以实现与图2a基本相同的技术效果。

图3a和图3b示出了根据本公开的一个实施例的具有发光元件和波长转换材料的第三相对布置的发光模块的示意性侧视图。图3示出了可以形成发光模块的一部分的发光模块300，其包括布置在基板303上的诸如第一LED芯片形式的第一发光元件301以及诸如第二LED芯片形式的第二发光元件302。在该实施例中，第一发光元件301和第二发光元件302是所谓的磷光体转换LED芯片。第一发光元件301被提供以第一波长转换材料304，并且第二发光元件302被提供以第二波长转换材料305。

图3a和图3b的不同之处在于波长转换材料304和305分别相对于第一发光元件301和第二发光元件302的配置方式。如图3a所示，第一波长转换材料304和第二波长转换材料305作为层被直接布置在第一发光元件301和第二发光元件302的顶部上；而如图3b所示，第一波长转换材料304和第二波长转换材料305作为层不仅被布置为在第一发光元件301和第二发光元件302的顶部上，还被布置在第一发光元件301和第二发光元件302的侧面上。不管是图3a还是图3b，称作磷光体的第一波长转换材料304和第二波长转换材料305直接接触第一发光元件301和第二发光元件302。第一波长转换材料304和第二发光转换材料305可以是相同材料或不同材料。

第一发光元件301可被配置为在从440nm到460nm的波长范围内发射光。第一波长转换材料304将该光的一部分转换为较长波长的光而使得来自包括第一波长转换材料304的磷光体转换第一发光元件301的总发光被感知为白色。此外，第二发光元件302可别配置为在从380nm到440nm的波长范围内发射光，并且第二波长转换材料305接收该光并且将其一部分转换为较长波长的光而使得来自包括第二波长转换材料305的第二发光元件302的总发光被感知为白色。然而，第二发光元件302所发生的预定比例(例如超过40％、50％，甚至60％、70％、80％、90％等)的光并未被第二波长转换材料305所吸收和转换，并且因此向发光模块300的总输出光谱提供了从380到440nm的波长范围内的发射峰值。

图4示出了根据本公开的一个实施例的可以结合上述第一、第二和第三相对布置以实现所需的强度比率的发光模块400的俯视图。这里，发光模块400包括被配置为发射如本文所定义的第一波长范围的光的第一发光元件401，以及被配置为发射如本文所定义的第二波长范围的光的第二发光元件402。

在此实施例中，发光模块400包括圆形侧壁404。在某些实施例中，圆形侧壁404的高度可以超过第一发光元件401和第二发光元件402的高度，从而充当基板403的外围以包围诸如LED芯片的第一和第二发光元件401、402。而且，圆形侧壁404可以用作波长转换部件(未示出)的支撑，该波长转换部件可以以类似于图2的第二相对布置远离第一和第二发光元件401、402进行布置，从而形成盖子或窗口。侧壁404可以具有朝向第一发光元件401、402的反射内表面，因此形成反射光混合室。

另外，在一些实施例中，不同于上面描述的远程布置的远程波长转换部件204，可以直接在各个第一发光元件401以及可选地还有第二发光元件402上或其附近提供波长转换材料。也即，波长转换材料的布置可以类似于图1或图3的第一或第三相对布置。例如，第一发光元件401以及可选地还有第二发光元件402分别可以类似于图1或图3而被构成为磷光体转换芯片。

在本公开的任意实施例中，发光模块可以包括至少一个所述第一发光元件以及至少一个所述第二发光元件。为了控制上述强度比率A＇的值，可以使用不同数量的相应第一和第二发光元件来获得所需的相应发射波长范围的强度比率。譬如，在所有发光元件的尺寸相同且由相同电流进行驱动时，第一发光元件与第二发光元件的数量可以在从12:1至10:1的范围内变化。

图5示出了根据本公开的另一个实施例的可以结合上述第一、第二和第三相对布置以实现所需的强度比率的发光模块500的俯视图。类似于图4的发光模块400，发光模块500包括被配置为发射如本文所定义的第一波长范围的光的第一发光元件501，以及被配置为发射如本文所定义的第二波长范围的光的第二发光元件502。

在某些实施例中，高度超过第一发光元件501和第二发光元件502的高度的圆形侧壁504可以被提供在基板503的外围，从而包围诸如LED芯片的第一和第二发光元件501、502，并且可以用作波长转换部件(未示出)的支撑。该波长转换部件可以以类似于图2的第二相对布置远离第一和第二发光元件501、502进行布置，从而形成盖子或窗口。侧壁504可以具有朝向第二发光元件501、502的反射内表面，因此形成反射光混合室。

在另一些实施例中，不同于上面描述的远程布置的波长转换部件，可以直接在个体第一发光元件501以及可选地还有第二发光元件502上或其附近提供波长转换材料。也即，波长转换材料的布置可以类似于图1或图3的第一或第三相对布置。例如，第一发光元件501以及可选地还有第二发光元件502分别可以类似于图1或图3的布置而被构成磷光体转换芯片。

在本公开的任意实施例中，发光模块可以包括至少一个所述第一发光元件以及至少一个所述第二发光元件。为了控制上述强度比率A＇的值，可以使用不同数量的相应第一和第二发光元件来获得所期望的相应发射波长范围的强度比率。譬如，如图5所示，在所有发光元件的尺寸不同且由相同电流进行驱动时，第一发光元件与第二发光元件的总发光面的比率可以被控制在从12:1至10:1的范围内变化，从而实现类似于图4的第一和第二发光元件的控制效果。

在本公开的一些实施例中，第一发光元件401、501可以是包括黄色或绿色或红色磷光体的磷光体转换的蓝色LED芯片；第二发光元件502可以是包括黄色或绿色或红色磷光体的磷光体转换LED芯片。其中，与相应的第一发光元件401、501和第二发光元件402、502相关联的(多种)波长转换材料的组成和/或数量、浓度或层的厚度可以相同或不同。

可选地，在本公开的实施例中，发光模块还可以包括散射结构，该散射结构例如为添加至波长转换材料的层。这样的散射结构可以应用于波长转换材料的层的顶部，从而位于来自发光二极管的光方向的下游。可替换地，散射结构例如可以以散射粒子或气孔的形式集成于波长转换材料之中。

在一些实施例中，第一发光元件和第二发光元件可以彼此独立封装，然后结合于发光模块之中。备选地，在一些实施中，可以先将第一发光元件和所述第二发光元件组合在一起，然后进行共同封装。上述第一发光元件和第二发光元件的不同封装方式，提供了这二者组装到发光模块中的灵活性。

此外，本公开的发光模块可以应用于照明装置中，该照明装置包括但不限于诸如聚光应用、零售应用等的照明应用中，从而提供纯白的照明效果。

虽然已经在附图和前述描述中详细说明和描述了本实用新型，但这些说明和描述应被认为是说明性的或示例性的而不是限制性的；本实用新型不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所请求保护的发明中，通过研究附图、公开和所附权利要求可以理解并且实践所公开的实施例的其它变体。

在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足在权利要求中阐述的多个项目的功能。仅在互不相同的实施例或从属权利要求中记载某些特征的仅有事实，并不意味着不能有利地使用这些特征的组合。在不脱离本申请的精神和范围的情况下，本申请的保护范围涵盖在各个实施例或从属权利要求中记载的各个特征任何可能组合。

在权利要求中的任何参考标记不应被理解为限制本实用新型的范围。